Science：为细胞核构建“周期表”！

在整个生命树上对细胞核进行分类，发现了如何将它们从一种转变为另一种

　　

一百五十年前，Dmitri Mendeleev创建了元素周期表，这是一种根据原子核性质对原子进行分类的系统。本周，一群研究生命树的生物学家推出了一种新的细胞核分类系统，并发现了将一种细胞核转变为另一种细胞核的方法。

这项研究发表在5月27日的Science杂志上，它是由几项曾经分开的工作衍生出来的。其中一个以 DNA Zoo为中心， DNA Zoo是一个大型学术协会，包括数十个机构，比如贝勒医学院，科学基金会支持的莱斯大学理论生物物理中心（CTBP），西澳大利亚大学等。

DNA Zoo团队的科学家一直在共同努力，对长达几米的染色体如何折叠，适合整个生命树中不同物种的细胞核进行分类。

这项新研究的第一作者，同时也是贝勒医学院的Olga Dudchenko博士说：“无论我们是在观察线虫，海胆，海鞘还是珊瑚，我们都不断看到相同的折叠模式。”

最终，该团队意识到，它只是看到了两个总体核设计的变体。 “在某些物种中，染色体的结构就像印刷报纸的页面一样，其外部边缘在一侧，而折叠的中间在另一侧，然后在其他物种中，每个染色体都被弄成一个小球。”

文章通讯作者，分子与人类遗传学副教授，贝勒荣誉学者Erez Lieberman Aiden博士说：“但由此我们也感到困惑。数据表明，在进化过程中，物种可以从一种类型转换为另一种类型。我们想知道：控制机制是什么？在实验室中是否有可能将一种类型的核改变为另一种类型的核？”

同时，荷兰的一个独立团队发现了一些意想不到的事情。“我正在对一种叫做凝聚素II（condensin II，生物通注）的蛋白质进行实验，我们知道这种蛋白质在细胞的分裂中起着作用。但是我们发现了最奇怪的事情：当我们在人类细胞中突变蛋白质时，染色体将完全重排。这令人费解！”

两支团队在奥地利的一次会议上见面，Rowland介绍了他实验室的最新工作。结果研究人员很快意识到，他们找到了一种将人类细胞从一种核型转化为另一种核型的方法。

“当我们观察DNA Zoo正在研究的基因组时，发现进化已经完成了很多次我们的实验！当一个物种的突变破坏凝缩蛋白II时，它们通常会颠倒整个细胞核的结构，一直困在实验中有些令人失望，但是进化有很长的起点。”

该团队决定共同努力，确认凝聚素II的作用。但是随后发生了COVID-19疫情，世界上许多机构都关闭了。

“在无法进入实验室的情况下，我们只有一种方法来确定冷凝素II的作用。” “我们需要创建一个计算机程序，模拟凝聚素II对构成每个人类染色体的数亿个遗传字母链的影响。”

该小组求助于物理学教授José Onuchic等人。 “我们的模拟表明，通过破坏凝聚素II，可以使人的核重组为类似于蝇核的核。”

Brahmachari说：“我们从对20亿年的核进化进行了令人难以置信的广泛调查开始。发现这些归结为一个简单的机制，我们可以在试管中自行模拟和概括。这是通往新型基因组工程（3D）道路上激动人心的一步 ！！”

（生物通：万纹）

原文标题：

http://dx.doi.org/10.1126/science.abe2218

3D genomics across the tree of life reveals condensin II as a determinant of architecture type